高耐久性混凝土優(yōu)化配比試驗研究

王 勇 太原市政建設(shè)集團有限公司

1 前言

建筑工程施工過程中，混凝土是必不可少的一項重要材料。隨著社會的不斷發(fā)展，對于建筑工程施工中混凝土澆筑施工技術(shù)也提出了更高的要求，為了適應(yīng)建筑工藝的需求，必須不斷進行技術(shù)革新，這樣才能更好地保障建筑工程施工的質(zhì)量，保證施工過程安全進行。

2 高耐久性混凝土優(yōu)化配比概述

在建筑材料中，材料的組成比例非常重要，比例過多過少都會影響會混凝土的質(zhì)量和性能。為了讓混凝土質(zhì)量和性能滿足建設(shè)項目的要求，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，建筑材料組成需要進行嚴(yán)格化的設(shè)計和控制，保證每一步的操作都具有很強的合理性，讓材料的每一個特性發(fā)揮到最佳，確?；炷恋男阅堋?/p>

在建筑材料配比的過程中，水泥的用量要控制在一個適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，水泥和水是混凝土的黏合劑，因此水泥漿要有一定的稠度，這樣才能避免因為材料的脫落導(dǎo)致施工混凝土質(zhì)量的下降。

建筑材料在配比設(shè)計的過程中，首先要選用適當(dāng)?shù)哪z凝材料和粗細(xì)骨料，其次是根據(jù)對現(xiàn)場環(huán)境和工程質(zhì)量等方面的條件，對混凝土的強度、和易性和耐久性等多方面性能的要求，加入適量的外加劑，確?；炷恋馁|(zhì)量復(fù)合物工程要求，還可以根據(jù)原材料的質(zhì)量隨時進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證其質(zhì)量能夠做到最佳。

在配料攪拌的過程中，要根據(jù)嚴(yán)格的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)控制各種材料的用量。如果各種材料的配比有誤或者有一點偏差，必須重新進行配比，寧愿浪費一些成本，也不能造成混凝土施工質(zhì)量的下降，最后導(dǎo)致工程質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響企業(yè)的聲譽和名譽。

3 試驗設(shè)計

試驗時混凝土的水灰比（水膠比）以骨料在飽和面干狀態(tài)下的混凝土單位用水量對單位膠凝材料用量的比值為準(zhǔn)?；炷粮黜椥阅茉囼炛饕碨L/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》以及GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行。水膠比必須同時滿足混凝土結(jié)構(gòu)強度和耐久性的要求。

綜合分析水膠比、水泥品種、含氣量、摻合料品種及其配比對混凝土工作性、強度、抗?jié)B、抗凍、抗碳化以及抗氯離子和硫酸鹽侵蝕等耐久性能的影響，開展了各配合比的工作性能、力學(xué)性能、干縮變形性能、不同膠材組合的水化熱、抗?jié)B、抗凍、碳化、氯離子滲透、硫酸鹽侵蝕等耐久性能的試驗。

4 混凝土配合比性能試驗

4.1 粘接性能

硅烷類材料的粘接強度最高，在3.0MPa以上，其次是環(huán)氧材料，在2.8MPa左右。自制有機硅產(chǎn)品、外購產(chǎn)品以及丙烯酸樹脂類的都在2.0MPa以內(nèi)。液體硅烷和膏體硅烷中含有大量的活性基團（硅氧烷），能與混凝土表面的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且硅烷的滲透深度大，因此其粘接強度更高。環(huán)氧材料也類似，其結(jié)構(gòu)中有大量易與羥基反應(yīng)的環(huán)氧基團。

自制產(chǎn)品、外購產(chǎn)品雖然同樣是滲透型的有機硅材料，但其粘接強度較低，這可能是由于材料不同層間存在相對較弱的作用力所致。丙烯酸樹脂主要是在混凝土表面成膜，利用物理作用與混凝土結(jié)合在一起，因此強度較弱。

4.2 抗碳化性能

依照《水工混凝土試驗規(guī)程》進行了各配合比的加速碳化試驗。隨著水膠比的增加，混凝土的抗碳化性能逐漸下降；在強度等級、水膠比相同的條件下，粉煤灰摻量高的混凝土碳化深度略高；引氣混凝土與非引氣混凝土、抗硫水泥與普硅水泥混凝土的碳化深度基本一致。根據(jù)JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》，在快速碳化試驗中，若28d碳化深度小于20mm 的混凝土，其抗碳化性能較好，一般認(rèn)為可滿足大氣環(huán)境下50年的耐久性要求。

4.3 防腐蝕性能

除環(huán)氧材料外，自制產(chǎn)品的氯化物降低率是最高的，達到了85.5%，表明自制美化材料具有非常好的抗腐蝕性能。自制美化材料具有防水的效果，水分難以滲透進混凝土的內(nèi)部，因此，氯離子也很難滲透。

環(huán)氧樹脂材料之所以氯化物降低率最高（達到了94%）是由于其形成的膜是全封閉的。而自制的美化材料還具有一定的透氣性，因此，氯離子的降低效果要弱一些，其他材料也是相似的原因。自制產(chǎn)品相比于外購產(chǎn)品，在氯化物的降低方面具有優(yōu)勢，具有非常好的防腐蝕能力。

4.4 抗凍性能

依照SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》進行了各配合比的抗凍性能試驗，試驗齡期為90d。對設(shè)計強度C30的配合比，經(jīng)200 次凍融循環(huán)后，各配合比最小相對動彈模為84.2%，質(zhì)量損失最大為2.1%；對設(shè)計強度C40 的配合比，經(jīng)250次凍融循環(huán)后，各配合比最小相對動彈模為83.8%，質(zhì)量損失最大為2.4%，依據(jù)相對動彈模下降至60%及質(zhì)量損失5%的條件判斷，各配合比均達到或超過F200的抗凍等級要求。

4.5 透氣性能

自制的底層、中層和面層都是滲透型產(chǎn)品，只要不人為破壞，表面的涂層就不會與混凝土分離。傳統(tǒng)的涂料是在混凝土表面進行覆蓋，不能讓混凝土保持正常的“呼吸”，時間久了，混凝土內(nèi)部的水出不來，涂料與混凝土之間就會形成水氣，導(dǎo)致起皮脫落。

采用砂芯漏斗，在其上表面涂覆自制的美化材料，觀察材料的透氣性和憎水性，試驗表明與不涂覆相比，涂覆美化材料能有效地起到隔離水的效果。采用洗耳球從砂芯漏斗的底部鼓氣，可以看到氣泡能很好地從美化材料中滲出。

5 優(yōu)化水泥混凝土配合比的措施

5.1 理調(diào)節(jié)和優(yōu)化配合比參數(shù)

在混凝土配制過程中，對于配合比的設(shè)計還需要對各項參數(shù)進行控制，如水膠比、漿骨比、砂率、用水量等。水膠比的合理控制是需要根據(jù)混凝土的特點和實際項目的需要，也就是降低水膠比，提升混凝土的耐久性和滲透性。通常情況下，要想制備高性能的混凝土，需要將水膠比控制在0.4 以內(nèi)，例如，C50水泥混凝土，其水膠比應(yīng)該控制在0.37～0.32之間。

C80 水泥，水膠比控制在0.26～0.22 之間。在對混凝土等級確定后，對水膠比進行設(shè)計，也就是對礦物摻合料的種類和使用量進行設(shè)計，也可以通過這些因素對混凝土的性能進行調(diào)節(jié)。漿骨比就是水泥漿與骨料用量之間的比，通常情況下，漿骨比在7∶13，在這個比例背景下，水泥混凝土的狀態(tài)是最佳的。

C50～C70 型號水泥，20%～50%水泥可以替換成15%～30%的礦渣或者粉煤灰，C80 型號水泥中相同質(zhì)量的水泥可以由15%～30%的礦渣或者粉煤灰與5%～10%硅灰代替；砂率也是混凝土的重要控制參數(shù)，對其配合比進行合理控制能夠有效提升混凝土的強度，而低砂率的混凝土其強度和彈性模量也會隨之降低，這樣的情況下需要同時合理控制總膠凝材料的用量及粗細(xì)料級配等方面的內(nèi)容。

5.2 適當(dāng)使用外加劑

混凝土的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量單從一個方面控制是不可能進行有效的控制，應(yīng)該從多個方面入手。如使用外加劑，外加劑和混凝土的混合使用可以改善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量的同時確保施工質(zhì)量的。添加劑的使用能夠增加混凝土的強度、耐用性和加工，還能適當(dāng)?shù)亟档鸵恍┙ㄖ牧系某杀尽?/p>

水泥的使用必須保證水和水泥的消耗量控制在一定的范圍內(nèi)，增加混凝土的流動性的同時要保持強度不變。添加適當(dāng)?shù)耐饧觿┠軌驕p少水的使用；各種材料通過不同的配比進行混合使用可以適當(dāng)控制堿性聚合的反應(yīng)。

由于地理位置的差異，有些地區(qū)溫度很高或者混凝土施工體積大的，可以加入少量的緩凝劑，這樣能夠進行運輸和泵送，還能夠減少掉落所造成的材料損失，保證延長初凝時間的條件下，后期強度仍然保持不變，不會造成任何的質(zhì)量問題。

5.3 嚴(yán)格落實試驗管理制度

在水利工程施工的過程中，需要嚴(yán)格執(zhí)行水利質(zhì)量監(jiān)督程序，按照水利工程建設(shè)管理的相關(guān)要求，將所有混凝土配比和澆筑工作嚴(yán)格進行試驗檢測，要圍繞工程施工的實際情況，制定嚴(yán)格的試驗監(jiān)督體系，對工程的試驗檢測人員和材料管理都進行全面把控，把控好施工的各階段質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)這些監(jiān)督管理要求將責(zé)任劃分到個人，讓各階段的工作工序可以有效銜接，建立好相關(guān)的質(zhì)量保障體系試驗抽檢制度，讓工程質(zhì)量得到有效保障。因此在日常要加強對這些混凝土施工操作人員試驗技術(shù)培訓(xùn)，讓他們能夠在工作中樹立質(zhì)量意識，注重施工質(zhì)量，提升責(zé)任感。相關(guān)的試驗檢測人員也要做好試驗工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，找出對應(yīng)的解決方法，工程技術(shù)人員要圍繞著施工過程做好各方面的試驗檢測和技術(shù)交底。

6 結(jié)束語

我國各項建筑項目已經(jīng)迅速發(fā)展起來，并且逐漸增多。工程建筑項目中主要的建筑材料就是水泥混凝土，而混凝土質(zhì)量正是決定建筑質(zhì)量的重要因素，直接影響項目的經(jīng)濟效益和使用安全性。

因此，要在制備水泥混凝土的過程中合理調(diào)整和優(yōu)化混凝土的配合比，確保能夠符合實際的工程要求及項目所處環(huán)境要求，使得經(jīng)過優(yōu)化后配合比制備的混凝土更具耐久性、安全穩(wěn)定性、實用性等，同時節(jié)約資源，降低成本，提升項目的經(jīng)濟效益。